Подушка безопасности

<час />

Фон

Подушка безопасности - это надувная подушка, предназначенная для защиты автомобиля . пассажиры от серьезных травм в случае столкновения. Подушка безопасности является частью надувной удерживающей системы, также известной как удерживающая система на воздушной подушке (ACRS) или дополнительная удерживающая система надувной подушки безопасности (SRS), поскольку подушка безопасности предназначена для дополнения защиты, обеспечиваемой ремнями безопасности. Ремни безопасности по-прежнему необходимы, чтобы надежно удерживать пассажира на месте, особенно при боковых ударах, ударах сзади и опрокидывании. При обнаружении столкновения подушки безопасности мгновенно надуваются, чтобы смягчить уязвимое место пассажира с помощью большой газонаполненной подушки.

Типичная система подушки безопасности состоит из модуля подушки безопасности (содержащего инфлятор или газогенератор и подушку безопасности), датчиков столкновения, блока диагностического мониторинга, соединительной катушки рулевого колеса и контрольной лампы. Все эти компоненты связаны между собой жгутом проводов и питаются от автомобильной аккумуляторной батареи. Системы подушек безопасности сохраняют резервный заряд после выключения зажигания или после отключения аккумулятора. В зависимости от модели время автономной работы составляет от одной секунды до десяти минут. Поскольку компоненты, жизненно важные для работы системы, могут бездействовать в течение многих лет, схема подушки безопасности выполняет внутреннюю «самопроверку» во время каждого запуска, о чем обычно свидетельствует индикатор на приборной панели, который кратковременно загорается при каждом запуске.

Датчики столкновения предназначены для предотвращения надувания подушки безопасности при наезде на неровности или выбоине, а также в случае незначительного столкновения. Инфлятор помещается в модуль, состоящий из плетеного нейлонового мешка и съемного пластикового чехла для рупора. Модуль, в свою очередь, помещается в рулевое колесо для приложений со стороны водителя и над перчаточным ящиком для приложений переднего пассажира.

При лобовом столкновении, эквивалентном удару о твердый барьер на скорости девять миль в час (14,48 километров в час), датчики столкновения, расположенные в передней части автомобиля, обнаруживают внезапное замедление и отправляют электрический сигнал, активирующий инициатор (иногда называемый воспламенителем или пиропатрон). Как лампочка Инициатор содержит тонкую проволоку, которая нагревается и проникает в пороховую камеру. Это заставляет твердое химическое топливо, в основном азид натрия, запечатанное внутри инфлятора, подвергаться быстрой химической реакции (обычно называемой пиротехнической цепью). В результате этой контролируемой реакции образуется безвредный газообразный азот, который заполняет воздушную подушку. Во время развертывания расширяющийся газообразный азот подвергается процессу, который снижает температуру и удаляет большую часть остатков сгорания или золы.

Расширяющийся газообразный азот надувает нейлоновый мешок менее чем за одну двадцатую (1/20) секунды, открывая его пластиковую крышку модуля и надуваясь перед пассажиром. Когда человек контактирует с сумкой, газообразный азот выпускается через отверстия в задней части сумки. Сумка полностью надувается только за одну десятую (1/10) секунды и почти сдувается через три десятых (3/10) секунды после удара. Порошок талька или кукурузный крахмал используется для покрытия внутренней части воздушной подушки и высвобождается из воздушной подушки при ее открытии.

История

Подушка безопасности берет свое начало от наполненных воздухом пузырей, разработанных еще в 1941 году и впервые запатентованных в 1950-х годах. Ранние системы подушек безопасности Типичная подушка безопасности со стороны водителя аккуратно помещается на колонке рулевого колеса. В случае столкновения датчик столкновения посылает электрическую искру в канистру инфлятора, вызывая химическую готовность, которая производит газообразный азот. Газ расширяется, надувая подушку безопасности и защищая водителя. были большими и громоздкими, в основном использовались баллоны со сжатым или нагретым воздухом, сжатым газом азотом (N ₂ ), фреон или диоксид углерода (CO ₂ ). Некоторые из ранних систем создавали опасные побочные продукты. Одна конкретная система использовала порох для нагрева газообразного фреона с образованием газообразного фосгена (COCl ₂ ) - чрезвычайно ядовитый газ.

Один из первых патентов на автомобильные подушки безопасности был выдан промышленному инженеру Джону Хетрику 18 августа 1953 года. Разработанный компанией Hetrick после почти несчастного случая в 1952 году, конструкция предусматривала наличие баллона со сжатым воздухом под капотом и надувных подушек на рулевом колесе. на колесе в середине приборной панели и в бардачке для защиты пассажиров передних сидений и на спинке переднего сиденья для защиты пассажиров на задних сиденьях. Сила столкновения толкает скользящий груз вперед, чтобы отправить воздух в мешки. Многие другие изобретатели и исследователи последовали их примеру, исследуя немного разные конструкции, так что точный технический след от ранних разработок до нынешней системы невозможно отметить с уверенностью.

В 1968 году Джон Пиц, химик Talley Defense Systems, впервые разработал твердое топливо с использованием азида натрия (NaN ₃ ) и оксид металла. Это было первое твердое топливо, вырабатывающее азот, и вскоре оно заменило более старые и громоздкие системы. Азид натрия в твердом состоянии токсичен при попадании внутрь больших доз, но в автомобильной промышленности его тщательно запечатывают в стальном или алюминиевом контейнере внутри системы подушки безопасности.

Начиная с 1960-х годов автомобили с подушками безопасности при контролируемых испытаниях и повседневном использовании демонстрируют эффективность и надежность. Страховой институт безопасности дорожного движения провел исследование системы сообщений о несчастных случаях со смертельным исходом, созданной федеральным правительством, используя данные с 1985 по 1991 год, и пришел к выводу, что число погибших водителей при лобовых столкновениях снизилось на 28 процентов в автомобилях, оборудованных подушками безопасности. В соответствии с Подготовка пропеллента, первый шаг в производстве воздушной подушки, включает объединение азида натрия и окислителя. Затем пропеллент объединяется с металлическим баллоном инициатора и различными фильтрами, образуя узел наддува. Другое исследование, проведенное General Motors в 1989 году, показало, что сочетание поясных / плечевых ремней безопасности и подушек безопасности при лобовых столкновениях снизило количество погибших водителей на 46 процентов и пассажиров на передних сиденьях на 43 процента.

В ответ на растущее беспокойство потребителей о безопасности и давление страховой отрасли федеральное правительство заставило производителей автомобилей модернизировать свои системы безопасности. Во-первых, правила Министерства транспорта (DOT) требуют, чтобы все автомобили, начиная с 1990 модельного года, продаваемые в Соединенных Штатах, были оснащены пассивной удерживающей системой. (Пассивные удерживающие системы, не требующие активации со стороны пассажира, включают использование автоматических ремней безопасности и / или использование подушек безопасности.) Если производители автомобилей выбирают подушку безопасности, то правила требуют только системы со стороны водителя до модели. 1994 год, когда автомобили, оборудованные подушками безопасности, должны иметь также пассивную защиту со стороны пассажира. Закон 1991 года требует наличия подушек безопасности для водителя и пассажиров во всех автомобилях к 1998 году и в легких грузовиках и фургонах к 1999 году.

Сырье

Как указано выше, система подушек безопасности состоит из модуля подушки безопасности, датчиков столкновения, блока диагностического мониторинга, соединительной катушки рулевого колеса и контрольной лампы. И в этом, и в следующем разделе («Производственный процесс») основное внимание будет уделено самому модулю подушки безопасности.

Модуль подушки безопасности состоит из трех основных частей:подушки безопасности, инфлятора и пропеллента. Подушка безопасности сшита из плетеной нейлоновой ткани и может быть разных форм и размеров в зависимости от требований конкретного автомобиля. Материал подушки безопасности на стороне водителя изготовлен с теплозащитным покрытием для защиты ткани от ожогов, особенно рядом с узлом инфлятора, во время развертывания. Порошок талька или кукурузный крахмал также используется для покрытия воздушной подушки; любое вещество предотвращает слипание ткани и облегчает сборку. Новые материалы для подушек безопасности с силиконовым и уретановым покрытием практически не требуют теплозащитного покрытия, хотя тальк или кукурузный крахмал, вероятно, по-прежнему будут использоваться в качестве технологической добавки.

Канистра или корпус инфлятора изготовлены из штампованной нержавеющей стали . или литой алюминий. Внутри канистры инфлятора находится фильтрующий узел, состоящий из проволочной сетки из нержавеющей стали с керамическим материалом, зажатым между ними. Когда надувной насос собран, узел фильтра окружен металлической фольгой для обеспечения герметичности, предотвращающей загрязнение ракетным топливом.

Пропеллент в форме черных гранул, в основном, представляет собой азид натрия, объединенный с окислителем, и обычно находится внутри баллона инфлятора между фильтрующим узлом и инициатором.

Производственный
процесс

Производство подушек безопасности включает в себя три разных отдельных узла, которые в совокупности образуют готовый конечный продукт - модуль подушки безопасности. Пропеллент должен быть изготовлен, компоненты инфлятора должны быть собраны, а подушка безопасности должна быть вырезана и сшита. Некоторые производители покупают уже изготовленные компоненты, такие как подушки безопасности или инициаторы, а затем просто собирают полный модуль подушки безопасности. Следующее описание производственного процесса предназначено для сборки модуля подушки безопасности на стороне водителя. Модули подушки безопасности пассажира в сборе производятся несколько иначе.

Горючее

• 1 Пропеллент состоит из азида натрия, смешанного с окислителем, веществом, которое помогает азиду натрия гореть при воспламенении. Азид натрия получают от внешних поставщиков и проверяют на соответствие требованиям. После осмотра его помещают в безопасное место для хранения до тех пор, пока он не понадобится. В то же время окислитель поступает от внешних поставщиков, проверяется и хранится. Разные производители используют разные окислители.
• 2 После хранения азид натрия и окислитель тщательно смешиваются под сложным компьютеризированным контролем процесса. Из-за возможности взрыва обработка порошка происходит в изолированных бункерах. В случае, если датчики безопасности обнаружат искру, высокоскоростные дренчерные системы затопят водой целые помещения. Производство происходит на нескольких избыточных небольших предприятиях, поэтому в случае аварии производство не будет остановлено, а только уменьшено.
• 3 После смешивания пропеллентная смесь отправляется на хранение. Затем используются прессы для прессования топливной смеси в форму диска или гранул.

Сборка нагнетателя

• 4 Компоненты инфлятора, такие как металлический контейнер, фильтр в сборе - проволочная сетка из нержавеющей стали с керамическим материалом внутри - и инициатор (или воспламенитель) получают от внешних поставщиков и проверяют. Затем компоненты собираются на высокоавтоматизированной производственной линии.
• 5 Узел надувного насоса объединяется с пропеллентом и инициатором, образуя узел наддува. Лазерная сварка (с использованием CO ₂ газ) используется для соединения узлов инфлятора из нержавеющей стали, в то время как инерционная сварка трением используется для соединения узлов насоса из алюминия. Лазерная сварка предполагает использование лазерных лучей для сваривания узлов, в то время как инерционная сварка трением включает трение двух металлов друг о друга до тех пор, пока поверхности не станут достаточно горячими для соединения друг с другом.
• 6 Затем узел инфлятора проверяется и отправляется на хранение до тех пор, пока он не понадобится.

Подушка безопасности

• 7 Плетеная нейлоновая ткань для подушки безопасности поступает от внешних поставщиков и проверяется на предмет дефектов материала. Затем ткань воздушной подушки вырезается на штамп для придания нужной формы и сшивается изнутри и снаружи, чтобы должным образом соединить две стороны. После того, как подушка безопасности сшита, ее надувают и проверяют на наличие дефектов шва.

Окончательная сборка модуля подушки безопасности

• 8 Затем на проверяемом узле инфлятора устанавливают узел подушки безопасности. Далее складывается подушка безопасности и устанавливается отрывная пластиковая накладка на рупор. Наконец, завершенная сборка модуля проверяется и тестируется.
• 9 Модульные сборки упаковываются в коробки для отгрузки, а затем отправляются покупателям.

Другие компоненты

• 10 Остальные компоненты системы подушки безопасности - датчики столкновения, блок диагностического мониторинга, соединительная катушка рулевого колеса и индикаторная лампа - объединяются с модулем подушки безопасности во время сборки автомобиля. Все компоненты соединены и обмениваются данными через жгут проводов.

Детали подушки безопасности вырезаны из тканого нейлона, сшиты и склепаны. Затем пакет аккуратно складывается так, чтобы он поместился внутри пластиковой крышки модуля.

Контроль качества

Аспект контроля качества при производстве подушек безопасности, очевидно, очень важен, потому что многие жизни зависят от функции безопасности. Двумя основными областями, в которых контроль качества имеет решающее значение, являются пиротехнические испытания или испытания топлива, а также статические и динамические испытания подушки безопасности и надувного насоса.

Горючее перед тем, как попасть в инфлятор, сначала подвергается баллистическим испытаниям, чтобы предсказать его поведение. Репрезентативный образец инфляторов снимается с производственной линии и проверяется на правильность работы с помощью полномасштабного испытания инфлятора, в ходе которого измеряется давление, создаваемое генерируемым газом внутри большого резервуара, 15,84 или 79,20 галлона (60 или 300 литров) по сравнению со временем в миллисекундах. Это указывает на способность системы накачивания газа производить определенное количество газа с заданной скоростью, обеспечивая надлежащее надувание подушки безопасности. Сами подушки безопасности проверяются на наличие дефектов ткани и швов, а затем проверяются на герметичность.

На каждом этапе производственного процесса проводятся автоматические проверки для выявления ошибок. Один производитель подушек безопасности использует рентгенографию (рентгеновские снимки) для сравнения готового инфлятора с основной конфигурацией, хранящейся в компьютере. Любой инфлятор без соответствующей конфигурации отклоняется.

Будущее

Будущее подушек безопасности выглядит чрезвычайно многообещающим, потому что существует множество возможностей их применения, от сидений в самолетах до мотоциклетных шлемов. Подушки безопасности будущего будет экономичнее производить. Датчики столкновения могут быть расположены в нескольких местах на передней части автомобиля. Эти датчики подключаются к модулю подушки безопасности с помощью жгута проводов. Двумя другими ключевыми компонентами системы подушек безопасности являются диагностический модуль и контрольная лампа. Модуль диагностики выполняет проверку системы каждый раз при запуске двигателя, кратковременно загораясь контрольной лампой, установленной на приборной панели. и легче по весу; будет включать меньшие, более интегрированные системы; и будет использовать улучшенные датчики.

Боковые подушки безопасности - это еще одна возможность, которая будет работать аналогично подушкам безопасности на стороне водителя и пассажира. Подушки безопасности при боковом ударе, скорее всего, будут установлены в дверных панелях автомобиля и развернуты по направлению к окну во время удара для защиты головы. Пенопласт вокруг дверной конструкции также будет использоваться для амортизации верхней части тела при боковом ударе. Также исследуются подголовники и / или коленные подушки (энергопоглощающие прокладки), дополняющие систему подушек безопасности. Подушки безопасности для задних сидений также проходят испытания, но ожидается, что потребительский спрос не будет высоким.

Послепродажные системы подушек безопасности - стандартные системы, которые можно установить на любой уже построенный автомобиль - в настоящее время недоступны. Поскольку эффективность подушки безопасности зависит от ее датчиков, распознающих, является ли авария достаточно серьезной, чтобы вызвать срабатывание, система должна быть точно настроена на то, как конкретная модель автомобиля ведет себя в аварии. Тем не менее, компании изучают будущую возможность производства модифицированной системы подушек безопасности для модернизации.

В настоящее время испытывается гибридный надувной насос, в котором используется комбинация инертного газа под давлением (аргон) и тепла от пропеллента для значительного расширения объема газа. Эти системы будут иметь преимущество в стоимости, поскольку можно будет использовать меньше топлива. Производители подушек безопасности также разрабатывают системы, которые устраняют пропеллент азид натрия, который токсичен в нераспределенной форме. Также ведутся работы по улучшению покрытий, сохраняющих воздушную подушку и облегчающих ее открывание. Со временем пакеты могут вообще не нуждаться в покрытиях.

В будущем для адаптации подушки безопасности к определенным условиям будут использоваться более сложные датчики, называемые «умными». Эти датчики могут использоваться для определения размера и веса пассажира, наличия пассажира (особенно в случае подушек безопасности на стороне пассажира, где развертывание может быть ненужным, если пассажиры отсутствуют), а также близости водителя к рулевое колесо (если водитель упал на рулевое колесо, он может получить серьезные травмы из-за срабатывания подушки безопасности).